Miniatyrisering og høy integrasjon blir et nøkkelforslag i laserutvikling

For å realisere målet om neste generasjons koherente pluggbare enheter, må neste generasjons justerbare lasere nå et helt nytt nivå av optoelektronisk integrasjon.
Det er verdt å merke seg at miniatyrisering og integrering av lasere ikke bare er en størrelsesutfordring, men enda viktigere, hvordan man kan forbedre strømeffektiviteten til disse laserne. Her er noen av fordelene som små lasere tilbyr i form av forbedret energieffektivitet:
For det første har små lasere lavere driftsspenning og strømkrav. Dette er fordi svært integrerte laserdesign ofte bruker avanserte prosesser og materialer som tillater mye lavere terskelspenninger og strømmer enn tradisjonelle store lasere.
For det andre bidrar den kompakte designen til forbedret varmeavledning. I små lasere er avstanden som lyset beveger seg innenfor laserbrikken mye kortere, noe som bidrar til å minimere lystap og problemer med varmespredning.
I tillegg kan svært integrerte lasere redusere koblingstap. Innen fotonikk har koblingen mellom ledig romoptikk og brikken alltid vært en teknisk utfordring. Ved å integrere flere funksjoner på en enkelt brikke, er de nye laserne i stand til å unngå denne koblingen og dens tilhørende tap.
Fotonisk integrasjon er avgjørende for å redusere størrelse og strømforbruk. Ettersom flere og flere komponenter er integrert på en enkelt brikke, reduseres tapene gradvis og effektiviteten til den optiske transceiveren øker tilsvarende.
Suksesser og utfordringer innen laserintegrasjonsteknologi
Justerbar laserintegrasjonsteknologi har utviklet seg betydelig i løpet av det siste tiåret, og dekker i stor grad markedets presserende behov for mindre størrelse og høyere integrasjon.
I 2011 fulgte justerbare lasere retningslinjene i Multi-Source Agreement (MSA) for Integration of Tunable Laser Assemblys (ITLA), og demonstrerte først deres integreringspotensiale.
I 2015 ble justerbare lasere miniatyrisert ytterligere og brakt på markedet i form av kompakte mikro-ITLA-er som bare er 22 % av størrelsen på den originale ITLA-pakken, noe som reduserer enhetens størrelse betydelig.
I 2019 reduseres størrelsen ytterligere med bruken av nano-ITLA, en modul som bare utgjør 39 % av mikro-ITLA, noe som gjenspeiler kontinuiteten og konstant fremgang i teknologiutviklingen.

Figur 1: Utvikling av koherent optikk avstembar laserformfaktor 2011-2021
Til tross for disse imponerende fremskrittene, står laserintegrasjonsteknologien fortsatt overfor ytterligere integrasjonsutfordringer, spesielt i 100G ZR-sammenhengende tilgangsrom, hvor det er en økende etterspørsel etter QSFP28 pluggbare enheter.
QSFP28 pluggbare moduler gir lavere strømforbruk og et mindre fotavtrykk enn QSFP-DD-moduler, så de bør ikke bruke de samme laserne som QSFP-DD-moduler. Det de trenger - dedikerte laserløsninger med mindre fotavtrykk og lavere strømforbruk.

Figur 2: Sammenligning av QSFP-DD og QSFP-28 formfaktorer for 100G-applikasjoner
For å nå dette målet blir utviklingen av monolittiske lasere kritisk.
Ideelt sett vil en slik laser være i stand til å integrere alle viktige laserfunksjoner, inkludert forsterkning, laserhulrom og bølgelengdelås, på samme brikke, noe som resulterer i en betydelig økning i integrasjon, en reduksjon i størrelse og en reduksjon i strømforbruk. Realiseringen av denne teknologien vil legge et solid grunnlag for utviklingen av neste generasjons optiske kommunikasjonsenheter.
Fremme ytterligere størrelsesreduksjon av avstembare lasere
I fremtiden, for å redusere størrelsen på avstembare lasere ytterligere, vil det være nødvendig å realisere en høy grad av integrering av deres interne komponenter.
For eksempel er hver justerbar laser avhengig av en bølgelengdeskapsenhet for å sikre stabiliteten til laserutgangen under forskjellige miljøforhold som temperatur.
Ved å integrere bølgelengdeskapenheten direkte på laserbrikken, i stedet for gjennom eksterne tilkoblinger, reduseres plassavtrykket og energiforbruket til laserpakken betydelig.
EFFECT Photonics, den nederlandske lederen innen optisk integrasjonsteknologi, har kommet opp med en innovativ løsning: de har utviklet en enkeltbrikkeløsning som er kompatibel med et bredt utvalg av justerbare lasere, som integrerer alle funksjoner, inkludert bølgelengdelåsen, på en enkelt brikke. . Denne konfigurasjonen er ideell for å redusere strømforbruket og drive masseproduksjon.
Ved å integrere alle justerbare laserfunksjoner på en enkelt brikke, har EFFECT Photonics utviklet den nye pico-ITLA (pITLA)-modulen, som vil være den minste ITLA for sammenhengende applikasjoner over hele verden.
pITLA er et fremtidsrettet produkt for justerbar laserintegrasjon som inkluderer alle laserfunksjoner i en pakke som bare er 20 % av størrelsen til en nanoITLA-modul. Den er bare 20 % av størrelsen på en nanoITLA-modul. Som vist i figur 6, virker pITLA ekstremt liten selv sammenlignet med en standard fyrstikk.

Figur 3: Evolusjon av koherent optikk ITLA-modulens formfaktor og størrelsesreduksjon, 2011-2023

Effekten av miniatyriserte integrerte lasere går langt utover størrelsesfordelen; det er like viktig for å forbedre strømeffektiviteten. Mer kompakt laserdesign kan ofte operere ved lavere spenninger og strømmer, noe som bidrar til å forbedre termisk ytelse og minimere koblingstap.
Og fotonisk integrasjon er en nøkkelfaktor for å oppnå disse ytelsesgevinstene - ved å kombinere flere funksjoner på en enkelt brikke, kan effektiviteten maksimeres.
Kompakte og energieffektive QSFP28-sammenhengende pluggbare enheter og tilhørende miniatyriserte, justerbare lasere er etterspurt ettersom vi fremmer bruken av 100G koherent teknologi i tilgangsnettverk. pITLA-moduler fra EFFECT Photonics er et viktig skritt i denne integrerings- og miniatyriseringsprosessen.
Med bare 20 % av størrelsen på en nanoITLA-modul, oppfyller pITLA ikke bare bransjens forventninger om mindre størrelse, men demonstrerer også den fortsatte jakten og drivkraften for å realisere kompakte, effektive og skalerbare avstembare lasere i kanten av optiske nettverk.